Novo estudo: simulações quânticas topológicas ampliam potenciais da computação quântica

São PauloPesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) alcançaram um avanço significativo ao simular com precisão redes topológicas de ordem superior usando computadores quânticos digitais. Esse progresso aprimora o estudo de materiais quânticos avançados, conhecidos por seus estados quânticos estáveis e uma variedade de aplicações tecnológicas.

Esta pesquisa é crucial por várias razões: permite a simulação de complexas lattices HOT usando cadeias de spin básicas em computadores quânticos digitais, introduz novas técnicas para reduzir erros e melhorar a precisão em dispositivos quânticos ruidosos de escala intermediária (NISQ) atuais, e abre novos caminhos para que computadores quânticos possam superar computadores clássicos em tarefas específicas.

O estudo aborda os estados topológicos da matéria, conhecidos por suas propriedades especiais. Os isolantes topológicos, um tipo desses materiais, permitem a passagem de eletricidade apenas em suas superfícies ou bordas, enquanto seu interior permanece não condutor. Essas características os tornam muito promissores para a criação de dispositivos que necessitam de transporte ou transmissão de sinal confiável.

O professor assistente Lee Ching Hua e sua equipe conseguiram programar computadores quânticos digitais para modelar redes grandes e complexas. Este método utiliza a alta capacidade de armazenamento dos bits quânticos. Utilizando menos recursos e reduzindo o ruído, eles obtiveram medições muito precisas do comportamento dos estados topológicos e dos espectros de meio-gap, mesmo para materiais teóricos em dimensões superiores.

Leia também:

Hoje · 07:24

Processo inovador transforma resíduos em combustível sustentável de aviação

O avanço é significativo porque demonstra o uso prático da computação quântica nas ciências dos materiais. Apesar dos erros ainda presentes nos dispositivos quânticos atuais, os métodos da equipe nos permitem estudar materiais quânticos que antes eram inacessíveis. Isso sugere que, futuramente, poderemos usar computadores quânticos para desenvolver novos materiais com características específicas, o que poderia transformar áreas como eletrônica, fotônica e processamento de informações quânticas.

Os pesquisadores divulgaram seu trabalho na revista Nature Communications, demonstrando como suas descobertas podem ser aplicadas na prática. O método que desenvolveram é escalável e representa tanto uma conquista acadêmica quanto um avanço no uso da tecnologia quântica na engenharia de materiais e em outros campos.

A aplicação dessas técnicas avançadas de simulação em computadores quânticos digitais pode resultar em avanços significativos em várias áreas, incluindo:

• Engenharia de Materiais: Desenvolvimento de materiais com propriedades específicas para usos avançados.
• Computação Quântica: Aperfeiçoamento de métodos de correção de erros, tornando os dispositivos quânticos mais eficientes.
• Aplicações Tecnológicas: Construção de sistemas mais robustos e eficientes para transporte e comunicação.

À medida que a tecnologia quântica avança, provavelmente seremos capazes de simular lattices topológicos complexos, abrindo novos caminhos para pesquisas e inovações tecnológicas. O feito da equipe da NUS nos prepara para futuras descobertas e aplicações na área em rápido crescimento de materiais quânticos.